新疆庫拜煤田露天開采急傾斜煤層的相關(guān)探討

胡濤

【摘? 要】新疆庫拜煤田煤炭變質(zhì)程度高、煤質(zhì)好，煤層傾角大、局部近似直立，庫拜煤田橫跨庫車縣、拜城縣及溫宿縣，煤層露頭長度大。庫拜煤田急傾斜煤層可通過統(tǒng)籌考慮最終幫坡角的確定、優(yōu)化開采程序、優(yōu)化生產(chǎn)組織等方式實(shí)現(xiàn)露天方式開采。

【Abstract】The Kubai coal field in Xinjiang has a high degree of coal metamorphism， good coal quality， large dip angle and partial vertical position. The Kubai coal field spans Kuche County， Baicheng County and Wensu County， and the outcrop length of the coal seam is large. Open-cut mining of steeply inclined coal seam in Kubai coal field can be realized by means of overall consideration of the determination of final slope angle， optimization of mining procedure and optimization of production organization.

【關(guān)鍵詞】急傾斜煤層;露天開采;庫拜煤田

【Keywords】steeply inclined coal seam; open-cut mining; Kubai coal field

【中圖分類號】TD823? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）09-0170-03

1 新疆庫拜煤田煤層賦存特點(diǎn)

新疆庫拜煤田位于阿克蘇市，分布在庫車縣、拜城縣及溫宿縣，呈近似東西走向的長條狀（見圖1），地層總體為近東西走向，向南傾斜，傾角一般30°～85°，具有西部緩、中部陡（局部直立倒轉(zhuǎn)）、東部緩的特征。可采煤層以侏羅系煤層為主，煤炭種類豐富，有貧煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、粘煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、氣煤、長焰煤等，自西向東，煤的變質(zhì)程度逐漸變低。共有可采-局部可采煤層16層，可采煤層平均總厚度為40.92m。

庫拜煤田煤炭變質(zhì)程度高、煤質(zhì)好，為稀缺煤炭資源，開發(fā)時(shí)應(yīng)選擇資源回采率高的開發(fā)方式、開采工藝、開采設(shè)備。

2 露天開采境界圈定

急傾斜煤層采用露天方式開采，圈定境界的決定因素是開采深度，在可采范圍長度一定的情況下，可采出煤量與開采深度有直接關(guān)系。同時(shí)要考慮隨開采深度的增加，境界剝采比的變化是否滿足經(jīng)濟(jì)合理剝采比的要求。

以庫拜煤田某典型剖面為例（見圖2）。在圖2所示位置，按最終幫坡角33°（α=β=33°）初步估算境界剝采比，境界剝采比計(jì)算公式如下：

由上式可以看出，境界剝采比與剝離物面積、煤面積直接相關(guān)，在開采水平不變的情況下，降低剝離物面積的方式只有提高最終幫坡角（α、β）。圖2中，開采水平不變，最終幫坡角每加大2°時(shí)境界剝采比變化的百分比如圖3所示。

由圖3可以看出，隨最終幫坡角的增加、境界剝采比不斷降低，最終幫坡角增加54.55%時(shí)，境界剝采比降低了56.53%。在經(jīng)濟(jì)合理剝采比不變的前提下，提高最終幫坡角，可采深度增大、可采煤量增加，具備露天開采條件。

3 邊坡穩(wěn)定分析

GB 50197—2015《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K按表1選用。

由表1可知，邊坡存在年限越久，穩(wěn)定系數(shù)取值越高。工作幫邊坡是動(dòng)態(tài)邊坡、存在時(shí)間最短，穩(wěn)定系數(shù)K取值最低。

可能的滑坡模式以近似直立狀態(tài)的厚層狀砂巖傾覆狀、折線形的模式為主，較小可能發(fā)生折線形-圓弧狀相結(jié)合的滑坡。

以圖2所示剖面為例，最終幫坡角33°時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)K=1.47;最終幫坡角為51°，穩(wěn)定系數(shù)K=1.02，甚至不能滿足工作幫坡角穩(wěn)定系數(shù)的要求，處于臨界狀態(tài)，可能發(fā)生滑坡。故最終幫坡角確定為51°需要慎重，若按51°最終幫坡角確定，要充分考慮邊坡穩(wěn)定和運(yùn)輸系統(tǒng)的布設(shè)。

考慮到最終幫留設(shè)運(yùn)輸系統(tǒng)，最終幫坡角51°，臺(tái)階坡面角70°，按照3個(gè)臺(tái)階一組合，若考慮每個(gè)臺(tái)階留設(shè)保安平盤、單個(gè)保安平盤寬度2m，則運(yùn)輸平盤寬度13m，寬度過窄。若3個(gè)平盤一組合、運(yùn)輸平盤寬度17m，可以滿足50t級卡車設(shè)置雙車道的要求（見圖4）。

3個(gè)臺(tái)階一組合，單個(gè)臺(tái)階高度達(dá)30m，考慮到卡車安全運(yùn)輸，需要在適當(dāng)位置設(shè)置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，防止散石飛落砸傷人員、損壞設(shè)備。

最終幫坡角確定為51°時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)僅1.02，處于臨界狀態(tài)，不能滿足規(guī)程要求，需要進(jìn)行邊坡加固，邊坡加固方式需根據(jù)巖性條件確定。本項(xiàng)目地層傾角大、近似直立，巖性以膠結(jié)程度一般的厚層狀砂巖為主，邊坡加固可采用錨桿（索）加固的方式進(jìn)行，通過在臺(tái)階坡面打錨桿（索），對可能的滑移面進(jìn)行錨固，錨桿（索）需打到下部穩(wěn)定巖層，達(dá)到防止滑坡的目的。

錨固工程量的多少要結(jié)合需要達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)來確定，錨固成本隨錨固范圍、錨固工程量有直接關(guān)系，增加錨固工程量有利于邊坡穩(wěn)定、增大穩(wěn)定系數(shù)K，但會(huì)造成成本大幅上升。錨固工程量要結(jié)合穩(wěn)定系數(shù)K來確定，穩(wěn)定系數(shù)K與邊坡重要性、邊坡存在時(shí)間有直接關(guān)聯(lián)，在無重要構(gòu)建筑物的情況下，縮短邊坡存在時(shí)間，可適當(dāng)降低穩(wěn)定系數(shù)K。確定1.1

下部水平錨固及主動(dòng)防護(hù)示意如圖5所示。

邊坡錨固、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)均是保證邊坡穩(wěn)定、保證安全生產(chǎn)的方式，還應(yīng)在開采過程加強(qiáng)對邊坡的監(jiān)測，監(jiān)測方式應(yīng)采用邊坡雷達(dá)、邊坡監(jiān)測機(jī)器人等方式，對設(shè)置有運(yùn)輸系統(tǒng)的臺(tái)階及運(yùn)輸系統(tǒng)上部臺(tái)階進(jìn)行監(jiān)測，防止片幫造成安全生產(chǎn)事故。

4 開采程序

最終幫坡角較大，達(dá)51°，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K=1.13，按照規(guī)范要求，非工作幫存在時(shí)間應(yīng)小于10年。若能縮短非工作幫存在時(shí)間，降低風(fēng)氧化、降水等作用對非工作幫的弱化影響，則邊坡穩(wěn)定可以得到保障。通過優(yōu)化開采程序，降低非工作幫存在時(shí)間，可以保證邊坡穩(wěn)定。

急傾斜煤層露天開采，開采以降深為主，目前大部分露天煤礦降深速度不超過40m/年，為保證產(chǎn)能，需要加大采區(qū)（條區(qū)）長度，達(dá)到增加工作線長度的目的，但采區(qū)（條區(qū)）長度過長，也會(huì)造成初期基建量大、投資大，增加財(cái)務(wù)成本，甚至造成露天開采不可行。

隨材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)科學(xué)等學(xué)科不斷取得突破，現(xiàn)有采掘、運(yùn)輸設(shè)備能力大幅提升，同時(shí)結(jié)合設(shè)備能力提升也產(chǎn)生了更精細(xì)化的作業(yè)方式，挖掘效率也得到提升。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在相同工況條件下，組織合理、工作線布置合理的情況下，挖掘設(shè)備單位斗容能力較規(guī)范確定值增大60%以上。

開采程序的優(yōu)化要結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備裝備情況來確定采區(qū)（條區(qū)）長度，力爭在滿足產(chǎn)能的前提下，確定合理的采區(qū)（條區(qū)）長度。合理的采區(qū)（條區(qū)）長度還要兼顧排土，力爭能做到外排最少，采掘與內(nèi)排可協(xié)調(diào)一致發(fā)展，力爭實(shí)現(xiàn)“置換式”開采。

5 結(jié)論

急傾斜煤層采用露天方式開采，要系統(tǒng)考慮，從最終幫坡角的確定，邊坡存在時(shí)間、邊坡穩(wěn)定、邊坡加固、邊坡監(jiān)測，開采程序比較、優(yōu)化，精細(xì)化生產(chǎn)組織，排土場發(fā)展、設(shè)置等方面統(tǒng)籌考慮，根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目情況，確定重點(diǎn)目標(biāo)，在安全生產(chǎn)、保證重點(diǎn)目標(biāo)的前提下，綜合確定其他技術(shù)指標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)安全、綠色、高效、高回收率、剝采比小、土地占用少的目的。

庫拜煤田煤質(zhì)好，采用露天開采時(shí)，使用邊坡加固保證安全生產(chǎn)，會(huì)增加生產(chǎn)成本，但煤質(zhì)好、煤價(jià)高，經(jīng)濟(jì)效益可覆蓋邊坡加固產(chǎn)生的成本，露天開采具有可行性。

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